大陆正在建设的高压大流量天然气流量计量测试中心.docx

1、大陆正在建设的高压大流量天然气流量计量测试中心大陸正在建設的高壓大流量天然氣流量計量測試中心丁建林 國明昌 王勁松中國石油西氣東輸管道公司摘要：西氣東輸工程是大陸西部大開發的標誌性工程，是大陸新世紀特大型基礎設施建設項目之一。管道幹線西起新疆塔里木，東至上海白鶴鎮，全長3836km，管徑1016mm，系統壓力10.0MPa，是大陸目前距離最長、管徑最大、輸氣量最大的天然氣管道。增輸工程建成後，設計輸量由120億方/年增加到170億方/年。沿線貿易計量站上選用了一大批超聲流量計和渦輪流量計。為了解決西氣東輸管道上在用的高壓、大流量天然氣流量計的檢定問題，中國石油天然氣股份有限公司依託西氣東輸管道

2、工程，投資建設了西氣東輸管道公司南京計量測試中心。該中心內建有完善的天然氣流量量值傳遞體系和流量標準裝置，可以在流量為（812000）m3/h、壓力為（2.59.6）MPa的範圍內對不確定度為0.5%、口徑為DN50-DN400的各種天然氣流量計進行檢定。本文較詳細地介紹了南京計量測試中心建設的背景和歷程、站址條件、各級流量標準裝置的構成和技術指標、流量量值傳遞框圖及在設計上保證流量量值準確可靠採取的措施。最後，通過與國際上現有的主要天然氣流量標準裝置的檢定能力比較，表明南京計量測試中心達到了國際先進水準，標誌著大陸的天然氣計量技術達到一個新的水準。關鍵字：天然氣流量計量 流量計檢定 天然氣流

3、量標準裝置一、 建設的背景和歷程隨著西氣東輸管道的建設，在管道沿線的分輸計量站上選用了一批高壓、大口徑的天然氣流量計。按國家計量法的要求，貿易交接計量用流量計屬於強制檢定器具，應定期檢定。同時，按有關流量計量的標準和流量計的檢定規程的要求，天然氣流量計應在接近實際工作條件下進行實流檢定。當時大陸原有的天然氣流量標準裝置的壓力等級和流量範圍都不能滿足要求。為了解決高壓、大口徑天然氣流量計的實流檢定問題，提高天然氣流量計量的準確度，維護貿易雙方的利益，在征得國家計量行政主管部門的同意後，中國石油天然氣股份有限公司決定依託西氣東輸管道工程，選址在江蘇省南京境內的龍潭分輸站旁，建立西氣東輸管道公司南京

4、計量測試中心（以下簡稱計量中心）。計量中心工程於2000年開始預可研，2001年4月完成了可行性研究報告的編制，2003年9月，完成了初步設計和概算編制，2003年12月至2005年8月完成了施工圖設計，2004年8月開始施工，至2006年12月底，除了原級流量標準裝置因設備沒有到貨，無法安裝外，其他工程都已經完成，2007年2月，完成了計量中心的天然氣置換和升壓，標誌著計量中心的建設進入了設備調試和計量標準建標考核階段。目前，正在開展計量標準的調試和建標工作。建設計量中心的目的主要是完成西氣東輸管道上使用的高壓、大口徑天然氣流量計的實流檢定，並作為國家的高壓、大流量天然氣流量標準，開展流量量

5、值傳遞和參加國際關鍵比對。二、 站址選擇和建設規模站址選擇是項目可研階段的一個主要內容。綜合考慮計量中心要求的工藝條件及當地的社會、經濟和文化條件後，站址選在了江蘇省南京市境內的龍潭分輸站旁。龍潭分輸站內有一條西氣東輸管道青山至鎮江的高壓主幹線管道，還有一條經減壓後去蕪湖的低壓支線管道，天然氣的流量範圍和壓力範圍能夠滿足流量標準裝置的工作條件。計量中心工程總投資約2億元，占地面積29490m2。主要建築物有綜合辦公樓、進出站閥組廠房、流量標準和小口徑流量計檢定廠房、大口徑流量計檢定廠房、中心控制室等。建立的流量標準裝置包括：mt法原級流量標準、臨界流噴嘴次級標準、標準表法工作標準、核查標準和安

6、裝在特製的卡車上用於流量計現場線上實流檢定的移動標準。計量中心的檢定流量為（812000）m3/h，檢定壓力為（2.59.6）MPa，可對不確定度為0.5%、口徑為DN50-DN400的各種流量計進行檢定。計量中心廠區的平面佈置圖見圖1。三、工藝流程計量中心的工藝流程框圖見圖2。計量中心工作時作為龍潭分輸站的一個旁通裝置。計量中心與龍潭分輸站間有四條連接管道，其中，DN700和DN400的各兩條。DN700的兩條管道分別接至青山至鎮江輸氣主幹線管道上氣液聯動閥的上、下游，用於檢定流量大於3160m3/h的流量計。檢定時將主幹線上的氣液聯動閥關閉，天然氣自氣液聯動閥的上游進入計量中心，檢定用氣量

7、經標準裝置和測試管段後返回至氣液聯動閥的下游回主幹線，過餘氣量直接經計量中心入口處的旁通流量調節閥，返回至氣液聯動閥的下游回主幹線。DN400的兩條管道分別接至龍潭分輸站內去蕪湖支線減壓閥的上、下游，用於音速噴嘴流量標準裝置的工作流程或檢定流量小於3160m3/h的流量計。檢定時將減壓閥關閉，天然氣自減壓閥上游，經計量中心後，返回至減壓閥的下游回蕪湖支幹線。檢定時，天然氣經計量中心內的過濾分離器、大差壓調節閥或一級穩壓調節閥、二級穩壓調節閥後，過餘氣量經流量分流調節閥直接進入出站管道；檢定用氣量經核查標準、工作標準、被檢表測試管段後進入出站管道。在短期檢定間歇期間，天然氣不進入測試管段，可直接

8、經計量中心內的旁通流程進入出站管道。在計量中心內，可以方便地用自動方式或手動方式實現各種工藝流程的切換。共有9個不同功能的檢定工藝流程，即：（1） 原級標準檢定音速噴嘴流程；（2） 原級標準檢定高準確度流量計流程；（3） 次級標準檢定大口徑工作標準流量計流程；（4） 次級標準檢定小口徑工作標準流量計流程；（5） 大流量工作標準檢定大口徑被檢流量計流程；（6） 小流量工作標準檢定小口徑被檢流量計流程；（7） 次級標準檢定小口徑被檢流量計流程；（8） 次級標準檢定移動標準流程；（9） 大流量工作標準檢定移動標準流程。當次級標準工作時，被檢定的流量計總是安裝在次級標準的上游。四、各級流量標準和量值傳

9、遞框圖1、原級流量標準裝置原級流量標準裝置採用品質-時間法（即mt法），由陀螺電子秤、稱重球罐和一對聯動快速換向閥等設備構成。流量範圍為（8443）m3/h，測量不確定度為0.10%。用於檢定臨界流噴嘴和小口徑的標準流量計。陀螺電子秤用於稱量球罐內部天然氣的品質，其準確度為10g，解析度為5g，可自動扣除稱重罐的皮重，充入球罐內的天然氣的最大品質為1000kg。稱重球罐是用於充裝天然氣的容器，其設計壓力為10MPa，容積為10m3，選用特種高強度合金鋼材料，壁厚為28mm，自重約為7t。聯動快速換向閥是電控液動快速開關閥，用於工藝流程的快速切換，要求快速開關閥的單向換向時間小於50ms，換向時

10、間差和聯動時間差小於5ms。2、次級流量標準裝置次級流量標準由12只並聯安裝的圓弧形喉部的臨界流文丘裏噴嘴構成，其設計、製造和安裝符合國際標準ISO 9300。流量範圍為（83160）m3/h，測量不確定度為0.20%。用於對工作標準、核查標準、移動標準進行檢定。3、工作標準裝置工作標準裝置採用並聯安裝的渦輪流量計組。在工藝流程中，分別設置了大、小口徑流量計兩套工作標準和相應的檢定管路。小口徑工作標準由DN50、DN80和DN100的3台並聯安裝的渦輪流量計組成，其測量範圍為（10750）m3/h，有DN50、DN80和DN100等3個檢定台位。可用於檢定口徑不超過DN100、準確度為0.5級

11、及以下的各種型式的氣體流量計。大口徑工作標準由8台並聯安裝的渦輪流量計組成，其中DN150的 1台， DN200的7台，流量範圍為（5012000）m3/h，有DN150、DN200、DN250、DN300和DN400等5個檢定台位。可用於檢定口徑不超過DN400、準確度為0.5級及以下的各種類型的氣體流量計。工作標準裝置的測量不確定度為0.25%。4、核查標準裝置核查標準用於對工作標準的量值進行總量核查，以便確保工作標準量值的準確和可靠。與大、小口徑的工作標準裝置相應，有大、小口徑兩套核查標準。小口徑流量計工作標準的核查標準為1台DN100的超聲流量計，其流量範圍為（20800）m3/h。大

12、口徑流量計工作標準的核查標準為2台並聯安裝的超聲流量計，其中DN400的1台、DN150的1台，其流量程範圍為（4512000）m3/h。核查標準的不確定度為0.3%。5、移動標準移動標準由DN150和DN400的兩台標準渦輪流量計和一台超聲流量計及配套的閥門、儀錶和色譜分析儀等設備構成，全套設備安裝在一台特製的卡車上，車的前部是操作室，裝有資料獲取處理和控制系統。並聯安裝的渦輪流量計是標準表，超聲流量計是核查表。裝置的流量範圍是（80-8000）m3/h，工作壓力為（2.59.6）MPa，測量不確定度為0.35%。主要用於天然氣流量計的現場線上實流檢定。6、天然氣流量量值傳遞框圖 計量中心的

13、天然氣流量量值傳遞框圖見圖3。可見，計量中心的天然氣流量量值可溯源至國家的品質標準和時間標準。五、 保證流量量值準確可靠採取的措施為了保證計量中心流量量值傳遞的準確可靠，在工藝設計、設備選型、資料獲取和處理、流量量值傳遞等方面都作了精心的考慮。主要採取了如下措施：（1） 流量量值傳遞體系連續、環節少、準確度高。只經過原級標準、次級標準、工作級標準等三個環節就實現了國家品質標準和時間標準到現場用高壓、大流量天然氣流量量值的傳遞。用原級標準檢定次級標準時，將每個臨界流噴嘴及其上下游直管段、溫度和壓力變送器和整流器作為一個整體進行檢定。用次級標準檢定工作標準、核查標準和移動標準時，不需要將流量計拆下

14、來，只需通過切換工藝流程即可。所以，在量值傳遞過程中有效地修正了安裝條件和測量儀錶不確定度的影響。（2） 各級流量標準裝置的構成和設備先進。mt法原級流量標準裝置工作原理簡單，品質流量不受溫度、壓力變化的影響。原級標準的陀螺電子秤由德國WOHWA公司生產，稱重罐的材料選用高強度合金鋼SA-543，快速換向閥是美國PTE公司特製的電控液壓閥。次級標準選用臨界流噴嘴組，由德國ELSTER公司成橇，利用其靈活的組合方式及噴嘴的恒流特性和阻塞特性，可以方便地將原級標準複現的流量值傳遞到工作標準和核查標準。工作標準和核查標準分別選用荷蘭INSTROMET公司生產的渦輪流量計和5聲道超聲流量計。（3） 流

15、量量值測量準確可靠。為了保證工作標準渦輪流量計給出的量值準確可靠，在其上游安裝了多聲道超聲流量計，用於即時核查和監視渦輪流量計的量值。（4） 流量計的安裝條件符合相關標準和規範的要求。流量計都配有前後直管段、整流器、溫度和壓力測量儀錶。為了開展流量計性能研究和測試，在每個被檢表測試台位上留有150D的上游直管段和20D的下游直管段。（5） 壓力和流量調節準確、穩定。為了保證檢定過程中方便地設定天然氣的流量和壓力，在工藝管路中設置了多級壓力和流量調節及背壓調節系統，選用的是MOKVELD軸流式調節閥。（6） 並聯管道間無洩漏。為了保證標準表並聯管路間無洩漏，在每條並聯管路的上下游都安裝了兩台閥門

16、，一台是ORBIT強制密封閥，另一台是GROVE雙密封閥。（7） 工況參數測量準確。溫度測量選用的是ROSEMOUNT 3144P溫度變送器，其準確度等級是0.2級，壓力測量選用的是ROSEMOUNT 3051S絕對壓力變送器，其準確度等級是0.05級。（8） 組分分析結果準確可靠。在計量中心的進出站管道上分別安裝了兩套線上色譜分析儀，其中ABB和DANIEL公司的各一套。兩套儀器給出的測量結果互相核查，保證了組分分析結果準確可靠。（9） 在計量標準的資料獲取處理和控制系統中，所有參數的選擇和計算都符合相應標準和規範的要求，並存有標準表的特性曲線，用於對標準表給出的量值進行修正。（10） 在次

17、級標準和小口徑流量計檢定台位的匯管處增加了小管路旁通，用於在小流量下檢定流量計時減少管路氣容對檢定結果的影響。（11） 為了保證檢定過程中天然氣的溫度穩定，對所有的暴露在空氣中的工藝管道都做了外保溫處理。（12） 在計量中心閥組區的入口，並聯安裝了4台過濾分離器，保證流過計量標準的天然氣潔淨不含雜質。每台篩檢程式的流通能力是3000m3/h，4台篩檢程式的流通能力是12000m3/h。六、 與國際現有的高壓大流量天然氣流量標準裝置的比較國際上主要高壓大流量天然氣流量標準裝置測試能力對比表見表1。從表中數據可見： 計量中心建立的流量標準裝置在檢定的流量範圍、壓力範圍和測量的不確定度等方面達到了世

18、界先進水準。七、結束語計量中心的建設填補了國家高壓、大流量天然氣流量計量儀錶檢定的空白，完善了國家的天然氣流量量值傳遞體系，對於保證天然氣貿易交接計量的準確可靠、維護貿易交接雙方的利益、開展天然氣流量計量技術研究、提高國際上天然氣流量計量技術的知名度都具有重要意義，標誌著大陸的天然氣計量技術達到了一個新的水準。表1 國際上主要高壓大流量天然氣流量標準裝置測試能力對比表序號標準裝置工作壓力（MPa）最大流量（m3/h）測量不確定度（%）1加拿大TCC7.0490000.302荷蘭Westerbork6.2280000.253美國CEESI7.0340000.234德國Pigsar1.55.065000.165西氣東輸南京計量測試中心2.59.6120000.25 圖2計量中心工藝流程框圖 圖3計量中心流量量值傳遞框圖